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            EEPW首頁 > 設(shè)計應(yīng)用 > 一種基于狀態(tài)觀測器的PMSM速度觀測算法

            一種基于狀態(tài)觀測器的PMSM速度觀測算法

            作者:王遠洋 王 衛(wèi) 時間:2019-11-29 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

              王遠洋??王?衛(wèi)(湖南工業(yè)大學(xué)?電氣與信息工程學(xué)院,湖南?株洲?412008)

            本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/201911/407675.htm

              摘?要:為了改善低線數(shù)的測速精度及固有的相位滯后問題,提出了一種基于的速度觀測算法。該算法以電機轉(zhuǎn)矩電流和機械角度作為輸入量,根據(jù)電機的數(shù)學(xué)模型和機械特征方程,構(gòu)建,來實現(xiàn)對速度的精確控制。仿真及實驗結(jié)果表明:該方法與相比,測得的速度更加精確,并且超調(diào)量小,響應(yīng)快,能起到相位補償?shù)淖饔?,解決了碼盤固有的相位滯后問題,同時,在負載發(fā)生變化時系統(tǒng)仍然能保持很好的穩(wěn)定性和控制精度。

              關(guān)鍵詞:;碼盤;;;

              0 引言

              速度是控制系統(tǒng)中的一個重要參數(shù),速度檢測的精準(zhǔn)性和快速性直接影響著控制系統(tǒng)的性能[1] 。而速度的測量元件大多是碼盤。利用碼盤作為檢測元件計算電機速度的方法主要有 M 法、T 法、M/T 法[2-3] 以及變M/T 法 [4-6] 。這些方法都是通過對碼盤獲取到的脈沖周期和頻率進行計算而得到電機速度的,當(dāng)電機處于低速狀態(tài)和碼盤分辨率較低時,這些方法容易出現(xiàn)測速不精確和與實際指令跟隨差的問題。

              為了讓電機在低速和碼盤分辨率低的情況下也能實現(xiàn)對電機速度的精確控制,需要對電機的瞬時速度進行檢測。電機的瞬時速度檢測方法可分為兩類,一類是通過檢測元件檢測位置的當(dāng)前周期值和上個周期值然后對電機當(dāng)前的瞬時速度進行估計。文獻 [7] 中電機當(dāng)前周期的瞬時速度是通過對電機的平均速度來進行估算得到的,以此來補償速度檢測所帶來的延時;文獻通過碼盤位置值估算電機的加速度 [8] ,然后對加速度進行積分得到電機的瞬時速度。這些方法不受電機數(shù)學(xué)模型的影響且只利用了碼盤的脈沖信號。因此,電機參數(shù)變化對這類方法的測量精度無影響,它只與碼盤的線數(shù)和算法本身有關(guān)。另一類是利用電機的數(shù)學(xué)模型和機械特征方程構(gòu)造 [9] ,對電機的瞬時速度進行觀測,這類方法對系統(tǒng)速度具有預(yù)測特性,可以提高系統(tǒng)速度環(huán)的響應(yīng)帶寬,大體有全階 [10] 和降階狀態(tài)觀測器[11] 等。降階狀態(tài)觀測器算法較簡單,易實現(xiàn),但是對系統(tǒng)噪聲和輸入噪聲敏感,而全階狀態(tài)觀測器,對系統(tǒng)噪聲及輸入噪聲有很強的抑制作用,算法復(fù)雜,但隨著處理器性能的提升,讓該算法的實現(xiàn)成為了可能。本文采用全階狀態(tài)觀測器作為速度觀測器的方法。

              2 PMSM數(shù)學(xué)模型的建立

              2.1 數(shù)學(xué)模型的前提條件

              本文以表貼式的PMSM作為研究對象,由于在工程使用過程當(dāng)中,PMSM有非線性、約束條件多的特點,所以為了便于分析和研究,在對PMSM基本數(shù)學(xué)模型進行建立的時候需要做一定的假設(shè):

              1)不計鐵芯以及磁路的飽和程度;

              2)忽略電機中電樞鐵芯的渦流損耗;

              3)通入空間相隔120電角度的對稱三相電。

              2.2 PMSM數(shù)學(xué)模型

              表貼式三相PMSM在 d - q 靜止坐標(biāo)系下等效模型可以表示為 [11]

            微信截圖_20191203145209.png

              式中: ud uq、分別為定子電壓在 d-q軸的分量; R s為電樞繞組電阻; Ld Lq、分別是 d-q軸電感分量; L s 為電樞電感; id iq、分別為定子電流 d-q軸的分量; φ d 、φ q 為定子磁鏈的 d-q軸分量; ? f 為轉(zhuǎn)子磁鏈; ω 為電角速度。

              2.3 PMSM機械特性方程

              PMSM的電機的轉(zhuǎn)矩和運動學(xué)方程為:

            微信截圖_20191203145234.png

              式中: J m 為轉(zhuǎn)動慣量; M 為黏滯摩擦系數(shù); T e 為電磁轉(zhuǎn)矩; T l 為負載轉(zhuǎn)矩; k t 為電機轉(zhuǎn)矩常數(shù); p n 為電機極對數(shù); ω r 為電機的機械角速度; θ r 為電機的機械角度。

              3 狀態(tài)觀測器的設(shè)計

              3.1 狀態(tài)觀測器基本原理

              狀態(tài)觀測器又叫狀態(tài)重構(gòu),其基本思想就是用可以測量的參數(shù)作為輸入量,通過對狀態(tài)進行重構(gòu),使得估計得到的狀態(tài)值逼近真實的狀態(tài)值 [12] 。閉環(huán)狀態(tài)觀測器的方框圖如圖1所示。

            微信截圖_20191203145707.jpg

              此時,其狀態(tài)方程變?yōu)?/p>

            微信截圖_20191203145253.png

              其觀測誤差方程為:

            微信截圖_20191203145311.png

              由式(8)可知誤差特征方程為

            微信截圖_20191203145337.png

              由控制理論可知,想要系統(tǒng)穩(wěn)定,就要使式(9)的極點全部分布在s平面左平面,而且系統(tǒng)的極點可以影響到誤差的收斂速度。因此,要使誤差能夠快速的收斂到0,只要通過引入反饋值并且選擇合適的 N ,就能達到對狀態(tài)估計的作用,而不受狀態(tài)初值的影響。

              3.2 狀態(tài)觀測器的設(shè)計

              忽略黏滯摩擦系數(shù)M,式(3)可重寫為:

            微信截圖_20191203145349.png

              式(10)可轉(zhuǎn)化為:

            微信截圖_20191203145404.png

              負載的變化一般是相對較緩慢的,所以可以認為負載在一個控制周期內(nèi)是沒有變化的,即:

            微信截圖_20191203145417.png

              另外,由運動學(xué)定理可知電機轉(zhuǎn)子在一個控制周期T a 上的角位移方程如下式:

            微信截圖_20191203145432.png

              由于控制周期 T a 很小,則(13)可以寫成如下形式:

            微信截圖_20191203145448.png

              把式(11)帶入式(14)得:

            微信截圖_20191203145506.png

              將式(11)(12)和(15)改寫成矩陣形式為:

            微信截圖_20191203145517.png

              根據(jù)(6)(16)式可構(gòu)造全階狀態(tài)觀測器模型為:

            微信截圖_20191203145533.png

              上式中N i 為觀測器的比例增益微信截圖_20191203145549.png

              根據(jù)(16)(17)算得其誤差方程為:

            微信截圖_20191203145602.png

              根據(jù)(18)得誤差狀態(tài)方程的特征方程為:

            微信截圖_20191203145620.png

              通過配制 n 1 , n 2 , n 3 的值可以使系統(tǒng)穩(wěn)定并控制其收斂速度。

              式(17)離散化到后得到的方程式為:

            微信截圖_20191203145635.png

              由控制理論可知要使系統(tǒng)收斂只要系統(tǒng)的極點在s平面左半平面,但為了達到想要的效果,需要選擇合適的極點,也就是要讓速度觀測誤差收斂速度比速度的響應(yīng)要快,即觀測器的極點比速度閉環(huán)的極點更遠離原點。但過大的觀測器極點值會引起系統(tǒng)噪聲,導(dǎo)致觀測誤差,因此對觀測器極點的選擇要結(jié)合這兩方面考慮[13] 。

              4 系統(tǒng)仿真及實驗結(jié)果

              4.1 系統(tǒng)仿真模型

              為了便于對比,Simulink 仿真與實驗平臺采用的算法和電機參數(shù)相同。仿真和實驗平臺中給定速度環(huán)的速度指令也相同。仿真及其實驗電機參數(shù)見表1。

            微信截圖_20191203145715.jpg

              在Matlab/simulink環(huán)境下,根據(jù)前面的理論分析建立了基于狀態(tài)觀測器的PMSM矢量控制仿真模型,其仿真模型如圖2所示,PMSM矢量控制系統(tǒng)的電流控制方法為 i d = 0 控制,控制周期為125 μs ,狀態(tài)觀測器子模塊仿真模型如圖3所示。

            1575356451116181.jpg1575356452333543.jpg

              4.2 仿真結(jié)果分析

              圖4是速度指令為階躍響應(yīng)激勵信號時速度觀測值與碼盤值曲線對比圖,系統(tǒng)控制周期為125 μs 。從圖中可以看出,系統(tǒng)在0.01 s時給出速度指令,轉(zhuǎn)速期望值為200 r/min,并且在0.2 s時加入了2 N.m的擾動負載轉(zhuǎn)矩。從整體波形圖可以看出,碼盤M法測速值比速度觀測值轉(zhuǎn)速波動大得多。從A區(qū)放大圖中可看出,速度觀測值大約在0.019 6 s達到期望值,轉(zhuǎn)速最大值為203 r/min,超調(diào)為1.5%,并且大致在0.031 5 s回歸穩(wěn)定狀態(tài),而碼盤M法測度值大約0.021 8 s才達到期望值,轉(zhuǎn)速最大值為214 r/min,超調(diào)達到了7%,且大致在0.033 2 s才回歸穩(wěn)定狀態(tài),對比兩組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)速度觀測器得到的速度響應(yīng)快,超調(diào)小。在0.2 s時加上2N.m的擾動負載轉(zhuǎn)矩,在B區(qū)放大圖中可以看到速度觀測值很快達到穩(wěn)定狀態(tài),且沒有出現(xiàn)較大的轉(zhuǎn)速波動,而碼盤M法測速值,達到穩(wěn)定狀態(tài)時間長,且轉(zhuǎn)速出現(xiàn)了很大的波動。綜上所述,基于狀態(tài)觀測器的速度觀測值具有更快的響應(yīng)效率,更高的檢測精度,更強的平穩(wěn)性。

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              為了更加直觀地看到觀測器測速與碼盤M法測速的區(qū)別,給系統(tǒng)設(shè)定幅值為-30-30 r/min,頻率為200 Hz的正弦波激勵信號,從圖7可知,速度觀測值和碼盤M法測速值都能很好地跟隨速度指令,但是速度觀測值跟隨的更緊,比碼盤M法測速值要超前一個周期,同時,轉(zhuǎn)速波動要小很多。因此觀測器測速能有效地解決碼盤測速固有的相位滯后問題,且測速精度更高。

              4.3 實驗結(jié)果

              為了檢驗狀態(tài)觀測器在實際系統(tǒng)中的可行性,進行了實驗驗證,實驗平臺如圖 8 所示,采用 ST公司的 32位RAM控制平臺STM32F407作為主控芯片,系統(tǒng)主要包括上位PC機,表貼式永磁同步電機,RAM控制板,功率板等,系統(tǒng)控制周期為125μs。速度指令及電機參數(shù)與仿真系統(tǒng)一致,實驗數(shù)據(jù)通過通訊的方式由 RAM傳送到上位PC機。

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              圖9、圖10分別是速度指令為階躍響應(yīng)激勵信號和正弦波激勵信號時電機在實際系統(tǒng)中速度波形圖,其中,黃色曲線為速度指令,白色曲線為觀測器測速值,紅色曲線為M法測速值,可以看到在實際系統(tǒng)中速度觀測器測得的速度值波動小,而且速度曲線較平滑,說明其比碼盤M法測速更具擾動修正能力。另外它比碼盤M法測速的速度值更接近速度指令值,能起到相位補償?shù)淖饔?。對比可知,實驗結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致,這充分證明了基于狀態(tài)觀測器的速度觀測算法在實際系統(tǒng)中的有效性。

              5 結(jié)論

              本文對永磁同步電機測速方法進行了研究和分析,提出了利用狀態(tài)觀測器作為測速方法,并對狀態(tài)觀測器進行設(shè)計,通過對狀態(tài)觀測器測速方法和碼盤M法測速方法進行比較。仿真及實驗結(jié)果表明,使用狀態(tài)觀測器的測速方法比碼盤M測速法的方法有更好的穩(wěn)定性,更高的精準(zhǔn)性和更強的適應(yīng)性,并且狀態(tài)觀測器有相位超前的功能,能很好地解決碼盤測速固有的相位滯后問題,起到相位補償?shù)淖饔?,同時狀態(tài)觀測器能在碼盤線數(shù)較低的前提下實現(xiàn)對速度的精確控制,能大大地降低產(chǎn)品的成本,具有很大的實際意義。

              參考文獻

              [1] 楊興華,姜建國.永磁同步電機精確瞬時速度檢測[J].電工技術(shù)學(xué)報,2011,26(04):71-76.

              [2] Tsuji T, Mizuochi M, Nishi H, et al.A velocity measurement method foracceleration control[C]. 31st IndustrialElectronics Society Annual Conferenceof IEEE, 2005: 1943-1948.

              [3] 李勇,潘松峰.基于DSP的M/T法測速研究[J].工業(yè)控制計算機,2018,31(05):145-146.

              [4] 徐張旗,陶家園,王克逸,簡慧杰.基于卡爾曼濾波的新型變“M/T”編碼器測速方法[J].新技術(shù)新工藝,2018(09):28-31.

              [5] 王海勇,鮑遠慧.一種變M/T測速方法的研究與實驗[J].測控技術(shù),2014,33(05):146-149.

              [6] 趙帥,肖金壯,郭一.基于改進型卡爾曼濾波的電機速度數(shù)據(jù)處理方法[J].微特電機,2018,46(09):80-82.

              [7] Wang Gaolin, Xu Dianguo, Yu Yong,et al. Low speed control of permanentmagnet synchronous motor based oninstantaneous speed estimation[C].The Sixth World Congress on IntelligentControl and Automation, 2006, 2: 8033-8036.

              [8] Lee Se Han, Song Jae Bok. Accelerationestimator for low-velocity and low-acceleration regions based on encoderposition data[J]. IEEE/ASME Transactionson Mechatronics, 2001, 6(1): 58-64.

              [9] 張永瀾. 狀態(tài)觀測器在伺服控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2007.

              [10] 羅桂山.基于全階狀態(tài)觀測的無速度傳感器矢量控制仿真[J].機電設(shè)備,2017,34(03):26-30.

              [11] 劉玉燕,劉吉臻,周世梁.基于降階狀態(tài)觀測器的壓水堆功率自抗擾控制[J].中國電機工程學(xué)報,2017,37(22):6666-6674+6779.

              [12] 沈陽,舒志兵,朱爾立,吳晨軍,高春寶.Luenbeger速度觀測器在交流伺服系統(tǒng)中的設(shè)計與研究[J].微電機,2016,49(03):87-89.

              [13] 宋成. 交流永磁同步電機的速度觀測器研究及實現(xiàn)[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2011.

              本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第12期第68頁,歡迎您寫論文時引用,并注明出處。



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